基于空氣加濕器的模糊控制器設計

1、基于空氣加濕器的智能控制器設計摘要：加濕器是一種可以增加房間濕度的家用電器，可以給指定房間加濕。在日常生活中加濕器得到了廣泛的應用，但是現在有的加濕器都需要手工控制開啟和關閉并且不具備對室內空氣溫濕度的監(jiān)測，人們在使用過程中存在過度加濕和干燒的問題，不僅給室內空氣舒適度造成負面影響并且還存在安全隱患。因此開發(fā)設計一種具有自動控制功能的加濕器顯得尤為必要。本設計采用智能控制，實現加濕器的智能開啟和關閉。隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對生活質量和健康的要求愈來愈高?？諝饧訚衿骶褪沁@樣慢慢的走進全球的很多家庭當中，成為干燥地區(qū)家庭不可缺少的一種小型家電產品。近年來發(fā)展起來的模糊控制是一種智

2、能的非線性控制方法，在家用電器和其他嵌入式控制系統(tǒng)中取得了很好的控制效果。本文結合空氣加濕器的具體應用，設計了其智能控制器（包括常規(guī)PID控制器和常規(guī)模糊控制器）。根據測定，人感覺最舒適的環(huán)境溫度在25左右，相對濕度在45%55%RH這個區(qū)間，過低的相對濕度會造成皮膚干裂及瘙癢等現象，合適的相對濕度會使人感覺非常舒適，維護人體健康，提高工作效率。因此設計時相對濕度低于40%R時自動加濕。假設系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數G(s)=e/（11S+1）。一基于simulink的常規(guī)PID控制器的仿真及其調試：常規(guī)PID控制算法以其計算量小、實時性好、易于實現等特點廣泛應用于過程控制。當建立起控制對象的精確數學

3、模型時,只要正確設定參數K、K和K,PID控制器便可實現其作用。PID控制本質上是一種負反饋控制，特別適用于過程的動態(tài)性能良好而且控制性能要求不太高的情況。它包含三種控制策略：比例控制、積分控制、微分控制。圖1 基于simulink的常規(guī)PID控制器的仿真結構圖調節(jié)后的K，K，K分別為：10 ，1， 0.05。示波器觀察到的波形為：圖2 常規(guī)PID控制器仿真圖二基于simulink的常規(guī)模糊控制器的仿真及其調試：模糊控制器的輸入、輸出量都是精確的數值，而模糊控制器采用模糊語言變量和模糊邏輯推理，因此必須將輸入變量變換成模糊語言變量，這個過程稱為精確量的模糊化；然后進行模糊推

4、理；最后將控制策略轉換為一個精確的控制變量值，即去模糊化，并對輸出控制變量進行控制。本系統(tǒng)采用二維模糊控制器，以濕度誤差和誤差的變化率作為模糊控制器的輸入信號，模糊控制器輸出控制量U。(1)確定語言變量、語言值和隸屬度函數。本文涉及的模糊控制器有兩個輸入信號和一個輸出信號，分別為：1) 輸進語言變量之一，記為e，是濕度設定值和實際濕度的偏差，e=s-40。2) 輸進語言變量之二，記為de/dt是偏差的變化率。3) 輸出語言變量，記為u,是室內加濕器的控制電壓，單位為V。圖3 模糊推理系統(tǒng)編輯器(2)然后進行輸入量和輸出量的量化：將偏差e分為五級：負大（NB），負?。∟S），零（O），正小（PS

5、），正大（PB）。根據偏差e的變化范圍分為七個等級：-15，-10，-5，0，+5，+10，+15。隸屬函數選擇三角函數,得到誤差變化模糊表3-1。控制量u為控制電壓的變化。將其分為五級：負大（NB），負?。∟S），零（O），正?。≒S），正大（PB）。并根據u的變化范圍分為七個等級： -3，-2，-1，0，+1，+2，+3。得到控制電壓模糊劃分表3-2。表1 誤差變化劃分表隸屬度變化等級-15-10-5051015模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51表2 偏差變化率變化劃分表隸屬度變化等級-3-2-1

6、0123模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51表3 控制電壓變化劃分表隸屬度變化等級-3-2-10123模糊集NB10.500000NS00.510.5000ZO000.510.500PS0000.510.50PB000000.51(3)模糊規(guī)則的描述：根據日常經驗，設計以下模糊規(guī)則：（1）“若e為負大且ec為負大，則u正大”（2）“若e為負大且ec為負小，則u正大”（3）“若e為負大且ec為0，則u為正大”（4）“若e為負大且ec為正小，則u正小”（5）“若e為負大且ec為正大，則u為0”（6）“若e為

7、負小且ec為負大，則u正大”（7）“若e為負小且ec為負小，則u正大”（8）“若e為負小且ec為0，則u為正小”（9）“若e為負小且ec為正小，則u為0”（10）“若e為負小且ec為正大，則u負小”（11）“若e為0且ec為負大，則u正大”（12）“若e為0且ec為負小，則u正小”（13）“若e為0且ec為0，則u為0”（14）“若e為0且ec為正小，則u負小”（15）“若e為0且ec為正大，則u為負大”（16）“若e為正小且ec為負大，則u正小”（17）“若e為正小且ec為負小，則u為0”（18）“若e為正小且ec為0，則u為負小”（19）“若e為正小且ec為正小，則u負大”（20）“若e為

8、正小且ec為正大，則u負大”（21）“若e為正大且ec為負大，則u為0”（22）“若e為正大且ec為負小，則u負小”（23）“若e為正大且ec為0，則u為負大”（24）“若e為正大且ec為正小，則u負大”（25）“若e為正大且ec為正大，則u負大”根據上述經驗規(guī)則，可得模糊控制表3-3。表4 模糊控制規(guī)則表UECNBNSZOPSPBENBPBPBPBPSZONSPBPBPSZONSZOPBPSZONSNBPSPSZONSNBNBPBZONSNBNBNB圖4 模糊規(guī)則編輯器圖5 模糊規(guī)則輸出圖圖6 基于simulink的常規(guī)模糊控制器的仿真圖7 常規(guī)模糊控制器仿真圖三結 論通過比較PID控制器和模糊控制器可知兩個系統(tǒng)觀察到的波形并沒有太大的區(qū)別。相對而言，對于給出精確數學模型的控制對象，PID控制器顯得更具有優(yōu)勢，其一是操作簡單，其二是調節(jié)三個參數可以達到滿意的效果；對于給出給出精確數學模型的控制對象，模糊控制器并沒有展現出太大的優(yōu)勢，其一是操